苦豆子SWEET基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析

【作者】 王帝； 王庆钰； 王乐；

【机构】 吉林大学植物科学学院；

【摘要】 苦豆子是一种多年生的豆科槐属植物,在我国主要分布于西北地区的干旱和半干旱区域,具有较强的耐干旱、耐盐碱能力,生长快速。作为豆科作物的远缘种,挖掘苦豆子中抗逆相关的功能基因具有重要的意义。糖外排转运子(sugars will eventually be exported transporter, SWEET)在植物中作为一类新型的糖转运蛋白,可以不依赖质子梯度和p H协助糖在细胞膜和液泡膜上扩散,介导韧皮部薄壁组织中的糖流入或流出韧皮部质外体。现有研究表明,SWEET基因家族在植物生长发育、植物与病原体互作,尤其是植物胁迫耐受等生物过程中都起着重要作用。然而,目前在苦豆子中该基因家族的相关研究工作未见报道。本研究使用拟南芥和大豆的蛋白序列,通过Blastp和HMM两种方法,基于苦豆子基因组数据鉴定SWEET基因,并利用拟南芥,大豆和苦豆子的SWEET基因构建系统发育树。同时对苦豆子SWEET基因的保守基序,蛋白序列的保守结构域和跨膜结构域进行预测。并对苦豆子中的该基因家族成员启动序列上的顺式作用元件进行预测分析。结合苦豆子盐、盐碱、干旱不同处理下的转录组数据分析SWEET基因家族的表达模式。通过对基因的比对和筛选,在苦豆子中共鉴定到40个SWEET基因,并根据其在染色体上的位置对其命名。将拟南芥、大豆、和苦豆子的SWEET基因进行系统发育分析,可以划分为4个亚族。其中亚族Ⅲ成员数量最多,具有17个成员,亚族IV成员数量最少,只有3个成员。40个SaSWEET均含有2个PQ-loop superfamily保守结构域,并鉴定出15个基序,除SaSWEET20、Sa SWEET21和SaSWEET33外,其余37个SaSWEET均同时含有Motif1、Motif2、Motif3、Motif4、Motif5、Motif6,说明这个6个基序在SaSWEET序列中高度保守。跨膜结构域预测结果显示苦豆子SWEET基因家族中28个成员具有典型的7次跨膜螺旋结构,其余12个成员具有5-6次跨膜螺旋结构。与已报道SWEET蛋白跨膜结构一致。为了探究苦豆子中潜在调控SWEET基因表达的调控因子,对其启动子区域进行了顺式元件分析,共鉴定22个与逆境应激反应相关的响应元件,包括植物激素响应元件,如生长素响应原件TGA-element、赤霉素响应元件GARE-motif、脱落酸响应元件ABRE;以及应激反应元件,如防御和应激反应响应元件TC-rich repeats、低温响应元件LTR等。表明苦豆子中SWEET基因家族成员分别参与了糖转运、植物激素反应、多种非生物胁迫反应和生长发育等不同的生物学过程。此外,对SaSWEET基因进行表达差异分析,结果表明其中13个成员响应盐处理,15个成员响应盐碱处理,3个成员响应干旱处理。本研究以苦豆子全基因组为基础,通过生物信息学的方法在苦豆子中鉴定出40个SWEET基因家族成员,分析了各成员的保守基序,顺式作用元件以及不同非生物胁迫下的表达模式,为解析苦豆子应对非生物胁迫提供了基础数据和理论支持。更多还原